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Die
Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter, wie er im
Oberbegriff des Anspruchs 1 näher umrissen ist.
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Derartige
Schalter sind im Prinzip als Druckschalter in vielen Ausführungen
und zu unterschiedlichsten Anwendungsfällen bekannt, beispielsweise als
Klingelknopf zur Betätigung von elektrischen Hausklingeln.
Derartige mechanischen Kontaktschalter verbinden in der Regel bei
ihrer Betätigung zwei Kontakte, um einen Stromkreis zu
schließen. Durch die vielen mechanischen Schaltvorgänge
neigt ein solcher Schalter im Laufe der Zeit zur Abnutzung und Oxidierung
der Kontakte, so dass er nicht mehr zuverlässig arbeitet
und folglich entweder repariert oder erneuert werden muss.
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Außerdem
benötigt ein solcher Kontaktschalter einen relativ langen
Betätigungsweg, sowie eine separate Rückstellfeder,
um das Betätigungsglied, z. B. den Klingelknopf, wieder
in seine Ruhe- oder Ausgangsstellung zu drücken. Hier setzt
die Erfindung an.
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Der
Erfindung liegt das Bestreben zu Grunde, einen elektrischen Schalter
der gattungsgemäßen Art anzugeben, der gegen Umwelteinflüsse
weitgehend unempfindlich ist, eine lange Lebensdauer hat und sehr
vielseitig einsetzbar ist.
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Ausgehend
von einem herkömmlichen elektrischen Druckschalter mit
einem beweglichen Betätigungsglied, das bei Aufbringung
einer Kraft nachgibt und ein benachbartes und zu einem Schaltkreis gehörendes
elektrisches Schaltglied beeinflusst, schlägt die Erfindung
vor, dass das elektrische Schaltglied als Dehnungsmessstreifen ausgebildet ist,
der Dehnungsmessstreifen Bestandteil eines auf Verformung beanspruchten
Balkens ist und der Balken Bestandteil einer elektrischen Leiterplatte
ist.
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Ein
derartiger elektrischer Schalter umfasst keine der Abnutzung unterliegenden,
mechanischen Kontakte. Insbesondere kann er jedoch sehr vielseitig
eingesetzt werden, da elektrische Leiterplatten in elektrischen
Schaltungen sehr weit verbreitet sind. Der als Schaltglied verwendete
Dehnungsmessstreifen benötigt für seine Funktion
eine nur äußerst kleine Durchbiegung und folglich
nur einen sehr kleinen Betätigungsweg des Betätigungsglieds,
das somit äußerst flach aufgebaut sein kann.
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Die
Vorteile der Erfindung werden besonders deutlich, wenn auf der selben
Leiterplatte weitere elektrische Bauteile, wie etwa zur Spannungsversorgung,
und/oder zur Anzeige des Betriebszustands und/oder zur Signalübertragung
und/oder zur Beleuchtung oder für andere Funktionen, angeordnet sind.
Hierdurch wird der Schalter in die übrige Elektrik oder
Elektronik integriert, was insgesamt eine sehr kostengünstige
Herstellung ergibt.
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Obwohl
die Leiterplatte z. B. auch als metallisches, gestanztes Bauteil
ausgeführt sein kann, wird die Leiterplatte vorzugsweise
als gedruckte Leiterplatte ausgebildet, insbesondere um eine kompakte
Bauweise zu erzielen.
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Eine
Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass
das Betätigungsglied als flexibler Abschnitt z. B. des
Gehäuses ausgebildet ist und bei seiner durch Krafteinwirkung
erzeugten Bewegung auf den Balken einwirkt und ihn verformt. Diese
Verformung kann insbesondere ein Verbiegen oder ein Verdrehen sein,
das auf kleinstem Raum eine Widerstandsänderung des Dehnungsmessstreifens
bewirkt, um einen nachgeschalteten Schaltkreis zu beeinflussen.
Das flache Betätigungsglied kann hierzu etwa in Form eines
biegeelastischen Folienabschnitts oder dergleichen ausgebildet sein,
der sich nach der Betätigung wieder selbsttätig
zurückstellt.
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Um
eine unzulässig große Verformung des Dehnungsmessstreifens
sicher auszuschließen, kann vorgesehen sein, dass die maximale
Nachgiebigkeit, also der größte Betätigungsweg,
des Betätigungsglieds geringer ist als der maximal zulässige Verformungsweg
des Balkens. Das kann durch eine entsprechende Fomgebung und Anordnung
der Folie oder des Balkens oder des Gehäuses geschehen.
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Die
Herstellung des Schalters und der eventuellen weiteren Bauteile
ist weiterhin dadurch zu optimieren, dass der Dehnungsmessstreifen
und gegebenenfalls die weiteren elektrischen Bauteile als SMD-Bauteile
ausgebildet sind. Dann können vorzugsweise alle elektrischen
Bauteile im selben Arbeitsgang auf eine gedruckte Leiterplatte aufgebracht
werden.
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Wie
schon eingangs erläutert, kann der erfindungsgemäße
elektrische Schalter mit besonderem Vorteil als handbetätigter
Schalter Verwendung finden, und zum Beispiel einen herkömmlichen,
daumenbetätigten Klingelknopf ersetzen.
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Gerade
im vorgenannten Anwendungsfall kann der elektrische Schalter Bestandteil
einer Platte oder flachen Baueinheit sein, auf und/oder in welcher Bauteile
zur akustischen und/oder optischen Übertragung nach Art
einer Gegensprechanlage oder Anlage zur Videoüberwachung
angeordnet sind. In einem solchen Fall kann die gesamte Elektrik,
Elektronik, Akustik und Optik, aber auch Beschriftungen und dergleichen,
sehr kompakt zu einem sehr flachen Bauteil oder einer Platte zusammengefasst
sein, die wiederum insbesondere zur unabhängigen Spannungsversorgung
auch ein fotovoltaisches Bauteil umfassen kann. Eine solche dünne
und flächig kompakte Baueinheit kann oft auch an die Stelle
eines herkömmlichen Klingelknopfes oder einer Gegensprechanlage gesetzt
werden, und zwar ohne an der Außenwand des Gebäudes
aufwändige Änderungsarbeiten durchführen
zu müssen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung zeigt auch das nachfolgend im
Einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 zeigt
in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine flache Baueinheit,
die bestimmt ist zur Anbringung nahe der Eingangstür eines
Gebäudes und in der ein elektrischer Schalter integriert
ist.
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2 zeigt
den Schnitt II-II in 1 in vergrößerter
Darstellung.
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Eine
flache Baueinheit 50 in Form einer Platte setzt sich zunächst
zusammen aus einem flachen Gehäuse 51 aus Kunststoff
oder Metall, in dem eine Reihe von Bauteilen aufgenommen sind, nämlich eine
Kamera 52, ein Mikrofon 53, ein Lautsprecher 54,
ein fotovoltaisches Element 55 und zwei kraftbetätigte
Schalter 56, und des weiteren aus zwei Namensschildern 57.
Im Bereich der Schalter 56 ist je ein Druckbereich 58 deutlich
markiert, der aus einer steifen, aber flexiblen Folie besteht.
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Die
Baueinheit 50 ist bestimmt zur Anbringung nahe der Eingangstür
eines Gebäudes oder Gebäudeabschnitts, um z. B.
einen herkömmlichen Klingelknopf zu ersetzen. Die Baueinheit 50 kann
mit der Spannungsversorgung des Gebäudes verbunden sein
oder über das fotovoltaische Element 55 und einen
nicht dargestellten Akku unabhängig vom Gebäude
mit Spannung versorgt sein. Auch kann die Signalverbindung in das
bzw. aus dem Gebäude drahtlos, z. B. mittels Funk, hergestellt
sein.
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Der
in 2 dargestellte Schnitt verdeutlicht die Ausbildung
und Anordnung eines Schalters 56: Unmittelbar hinter dem
markierten, flexiblen Druckbereich 58 der Vorderwand 59 ist
eine starre gedruckte Leiterplatte 60 angeordnet, auf der
die nicht dargestellte elektrische Verdrahtung der lötbaren Bauteile 52 bis 56 aufgebracht
ist.
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Die
Leiterplatte 60 umfasst jeweils unmittelbar hinter dem
als Betätigungsglied dienenden, flexiblen Druckbereich 58 einen
Kragbalken 61, auf dem zumindest ein Dehnungsmesstreifen 62 angeordnet
ist.
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Zur
prinzipiellen Funktion des auf dem Kragbalken
61 angebrachten
Dehnungsmessstreifens
62 wird auf die
EP 1 931 184 A2 verwiesen:
Eine Verbiegung des Kragbalkens
61 führt zu einer
Verbiegung des Dehnungsmessstreifens
62 und damit zu einer Widerstandsänderung
in der auf der Leiterplatte
60 befindlichen und nicht näher
beschriebenen elektrischen Schaltung.
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Hier
bedeutet dies Folgendes: Wenn auf den flexiblen Druckbereich 58 eine
Kraft F ausgeübt wird, z. B. durch Daumendruck, dann gibt
der Druckbereich 58 nach und verbiegt sich der benachbarte Kragbalken 61 und
mit ihm der Dehnungsmessstreifen 62. Die dadurch erzeugte
Widerstandsänderung löst ein elektrisches Signal
aus, das z. B. eine akustische Anzeige, wie etwa eine Klingel, Glocke
oder Gong, aktiviert.
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Um
eine übermäßige Verbiegung des Kragbalkens 61 zu
vermeiden, ist die Tiefe T des Gehäuses 51 zumindest
hinter dem Kragbalken 61 auf ein maximales Maß T
begrenzt.
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- 50
- Baueinheit
- 51
- Gehäuse
- 52
- Kamera
- 53
- Mikrofon
- 54
- Lautsprecher
- 55
- fotovoltaisches
Element
- 56
- Schalter
- 57
- Namensschild
- 58
- Druckbereich
- 59
- Vorderwand
- 60
- Leiterplatte
- 61
- Kragbalken
- 62
- Dehnungsmessstreifen
- F
- Kraft
- T
- Tiefe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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